Jövőbarát napenergia

A napenergia fotoelektrikus hasznosítási lehetőségek vizsgálata

Tartalom:

• Bevezetés
• Jelen helyzet
• Lehetőség
• Az árak alakulása és a technológia felhasználása
• Beruházási költség
• A hálózatra kapcsolódás problémái
• A napenergia fotocellás rendszerei

Készítette: Debreczeni Michael – MetalTech Engineering Kft. – 2010.április 2.

Bevezetés

A napsugárzás alapú villamosenergia termelés helyzete és támogatása

2010 végéig (további) évi 600 gigawattóra zöld áram előállításához szükséges kapacitást kell kiépíteni.

Az európai uniós irányelvek Magyarország esetében 2010-re a villamos energia fogyasztás 3,6 százalékában javasolják a megújuló energiaforrást alkalmazni.

p>Az EU 15 országaiban átlagosan 5,3 százalék a megújuló villamos energia termelés aránya, de döntően Svédország és Ausztria vízenergia, valamint Finnország biomassza villamos energia termelése miatt. A Magyarországhoz hasonló Belgium és Hollandia 1,0 illetve 1,4 százalékos aránnyal a sereghajtó az EU-15-ök között.

Ahhoz, hogy Magyarország 2010-re teljesítse az uniós elvárásokat, további évi 600 gigawattóra előállításához szükséges kapacitást kell kiépíteni. Ennek legnagyobb része szélenergia, a többi vízenergia és geotermia, hulladékhasznosításból származó és energetikai növénytermesztés útján előállított biomassza lenne.
Jelenleg is a biomassza képviseli a legnagyobb arányt a zöld villamos energia termelésben. Szélenergiát a hazai adottságokkal évi 7,2 petajoulet lehetne termelni és a vizeneriga adottságunk évi 5 petajoule termelést tenne lehetővé. (MTI hír).

A kormány célkitűzései között szerepel, hogy napelemtáblákkal fedeti be a középületeket, és sarkallja a megújuló energiaforrások használatát.

Persze nem mindenki látja ilyen fényesen a hazai állapotokat. Vannak, akik azt mondják, hogy ha nem veszik figyelembe az újraerdősítés és a karbonkereskedelem előnyeit, akkor az ország károsgáz-kibocsátása valójában 1,9 százalékkal növekedett 1990 óta. Mások pedig úgy vélik, hogy a lakosságot nem túlzottan foglalkoztatja a globális felmelegedés problémája, és az ország sokkal többet tehetne a nemzeti karbonlábnyom csökkentése érdekében.

Az összes villamosenergia-felhasználáson belül a zöldáram részarányra a 2001/77/EK irányelv határozott meg nemzeti célértékeket, amely Magyarország számára 2010-re 3,6 % volt. A zöldáram részaránya 2008-ban az országos villamos energia felhasználáson belül 5,4 %-ot tett ki, így az EU által megszabott kötelezettséget Magyarország jelentősen túlteljesítette. Ez az érték közvetve összefügg a 2009/28/EK irányelvből adódó kötelezettséggel, mivel a megújuló energiahordozó bázisú villamosenergia-termelés növekedése kihat az összes megújuló energiahordozók részarányára, így a 13%-os célérték teljesíthetősége részben a zöldáram termelés mértékétől függ.

Jelen helyzet

Miközben a koppenhágai klímacsúcson a világ vezetői a klímaváltozásért is felelős károsanyag-kibocsátás csökkentéséről tanácskoznak, aközben hazánk elégtelen megújulóenergia-politikája az üvegházhatást okozó biomasszára összpontosít. Holott megfelelően kialakított napenergia-stratégiával nemcsak az EU-követelményeknek tehetnénk eleget, de hosszú távon a felsőoktatás, a kutatás, a termékfejlesztés és a hazai napelemgyártás is fellendülhetne, új munkahelyeket teremtve – állítják a Magyar Tudományos Akadémia Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet (MTA MFA) által vezetett Integrált Mikro-/nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform (IMNTP) képviselői.
Bár a legfrissebb ENSZ-nyilatkozat szerint Magyarország lehet a klímaváltozás egyik legnagyobb áldozata, hazánk nem törekszik a probléma elé menni, az Európai Uniónak tett vállalásában – ami szerint 2020-ig 13 százalékra kell emelni a megújuló energiaforrások arányát – elmarad még a 2005-i romániai állapotoktól, illetve a balti államok tervszámaitól is. Ugyanakkor a Magyarország területére a Napból évente érkező kimondhatatlanul nagy, 1,16 milliárd kWh sugárzási energia gyakorlatilag alig hasznosul energiagazdálkodásunkban. Egy friss európai felmérés szerint az újonnan csatlakozott tagállamok, a többi között Szlovénia és Csehország mögött a sor végén kullogunk.
A megújuló energiaforrások felhasználásában az EU-tagok között élenjáró Svéd-, Lettország 35% feletti arányával szemben, dacára kiváló napenergiai adottságainknak, mi a futottak még mezőnyben, valamennyi volt szocialista tagállam mögött helyezkedünk el 4,3%-os arányunkkal.
És akkor még nem beszéltünk lemaradásunkról a korszerű fotovillamos napelemek alkalmazásában. További probléma, hogy meghatározó helyen, a „megújuló energiaforrások” között egyedül a biomassza-felhasználás szerepel, annak ellenére, hogy az égetés tetemes üvegházhatás-növelő széndioxid is termelődik az értékes, élelmiszert előállító mezőgazdasági területek kivonásával párhuzamosan.
A napenergia kiaknázása mellett szól az is, hogy a meggondoltan kialakított napenergia-stratégia az egész fotovillamos (PV) ipar fejlődésének az alapja lehet(ne), miáltal a villamosenergia-ellátásban nemzeti önállóságunk is erősödhet. Okosan megfontolt kutatástámogatási rendszerben a kutatás és fejlesztés eminens területén nyílék lehetőség a hazai erőforrások hatékony kihasználására, a felsőoktatás, a termékfejlesztés, a hazai gyártás fellendülése mellett új, gazdag szakmai tudást követelő munkahelyek is létrejöhetnének.

Érdemes lenne átvenni az előttünk járó országoktól a módszert a napenergia hasznosítására, törvényben kellene rendezni a megújuló energia részarányának növelését, és ebben hosszútávra garantálni a napenergiából nyert villamosenergia átvételi árat.

Nem fenntartható a magyarországi rendszer

A nagyfokú energiafüggőség, a fosszilis energiahordozók, a szén, az olaj, a földgáz felhasználásának igen magas aránya, azok jelentős környezeti, így a globális klímaváltozásra gyakorolt hatása miatt a magyarországi villamosenergia-termelés és
-fogyasztás jelenlegi formájában hosszú távon nem fenntartható. Ehhez hozzájárul a magas energiaintenzitás is, ami azt jelenti, hogy túl nagy az az energiamennyiség, amelyet 1 dollárnyi bruttó hazai össztermék (GDP) előállításához használunk fel.

Napenergia és klímaváltozás – Átok vagy áldás?

Míg a fotovillamos (PV) ipar világszerte éves szinten 50%-os növekedést produkált, a vékonyréteg napelemek gyártása, amiben elsősorban a hazai K+F szereplő IMNTP tagok is érdekeltek, 80%-os rátát produkált, és mára már a későbbi indulás ellenére részesedése 10%-nyi a világ termelésében. Különösen kiemelkedő a hagyományos, politikai támogatáson alapuló európai és Japán dominancia mellett Kína iszonyatos fejlődése és az USA beszállása a ringbe, ami át fogja rendezni a piacot.
Európában ezen a téren Németország ébredt legelőbb, és tervszerű évtizedes előkészítéssel hozta létre a nagy foglalkoztató, csúcstechnológiai iparág felsőoktatási, K+F, berendezésgyártó és termelő-kapacitás hátterét. Japán köztudomásúlag leállította a visszatáplálási támogatást néhány éve, de a belföldi piacvesztés már-már az iparág jövőjét veszélyeztette, úgy hogy visszatértek a korábbi támogatási gyakorlathoz.
Hazánkban az Energia törvény szabályozza 2003. óta a visszatáplálást, 2009. január 1-től ez 28.13 HUF/kWh (0,1€/kWh). Összehasonlításként Csehországban ez egy összetett bónusz rendszerben felmehet 0,53 €/kWh -ig is, Megjegyzendő, hogy a sokkal jobb adottságokkal rendelkező Bulgária most készül a cseh babérok megnyirbálására azzal, hogy a gazdasági válság elmúltával felszámolja a fotovillamos energiatermelés felfuttatása útjában álló bürokratikus-fiskális korlátokat. A legtöbb fejlettebb országban >0,4€/kWh a garantált támogatás, amit adókedvezmény és beruházástámogatás egészít ki. Így aztán nincs mit csodálkozni a telepített rendszerekben mutatkozó lemaradásunkon.
Ugyancsak most jelent meg egy másik európai jelentés a „Fotovillamosság helyzete az újonnan csatlakozott tagállamokban – 2008” címmel. Az Integrált Mikro/nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform (IMNTP) honlapján olvasható jelentés szerkesztésében, az adatszolgáltatás hazai megszervezésében Pálfy Miklós vett részt az IMNTP részéről. Míg a csehek csaknem 18-szorosára növelték 2008-ra a 2003-as PV kapacitásukat (akkor 330kW), Magyarország csupán megháromszorozni volt képes, hogy elérje a 420 kW-ot. Elkeserítő látni, hogy hazánk még a megújuló energiaforrások részarányának 2020-as növelési céljait tekintve is elmarad a 2005-ös romániai állapottól, nem beszélve a Balti-államok, a csehek, szlovákok, szlovének és bulgárok tervszámairól! Pedig a délkelet-magyarországi klimatikus viszonyok már ma ideálisnak mondhatók a mediterrán országokéval összevetve is a napenergia-átalakításra.
A koppenhágai Klíma Konferencia kapcsán számos vészharang-kongatás és reális, jövőnket felelősen féltő megnyilatkozás is napvilágot lát. Mindezek tükrében különösen sok szó esik majd az energia felhasználásról, és a klímakatasztrófával fenyegető emberi tevékenység, az üvegházhatást előidéző széndioxid kibocsátás radikális csökkentésének szükségességéről. A világ legnagyobb légköri szennyezője 6000Mt kibocsátással Kína és az USA, Oroszország, India, Japán ennek negyedével, az európai államok csupán tizedekkora kibocsátással szennyezik a légkört. Az egy főre vetített kibocsátásban azonban messze az USA és Kanada vezet (19,5t ill. 18 t CO2/fő), a középmezőnyben Oroszország, Japán, Németország és Dél-Korea (kb. 10 t/fő), az európai államok (kb. 8t), és csak ezt követi Kína 4,9 t/fő értékkel. A kyotó-i szerződés csupán 5,2% csökkentést írt elő az 1990–2012 időszakra, az EU 220-ig 20%-ot vállalt, de az Egyesült Királyság 2050-ig 80%-os csökkentést irányzott elő! Ebben valószínűleg sokkal szigorúbb előírások elfogadására kerül sor Koppenhágában.

Csakhogy hogyan lehet érdemben csökkenteni a széndioxid-kibocsátást hazánkban, ha a megújuló források közt döntően szintén elégetett biomasszára helyezzük a hangsúlyt? A hazai tényleges megújuló energiahordozó-bázisú villamosenergia-termelés (2363GWh): Hulladékégetésből: 8%, Szélenergia 6%, Vízenergia 11%, Biogáz 2%, Biomassza (tűzifa!) 73%(!), a napenergia (napkollektor és fotovillamos), és a geotermikus energia részaránya százalékosan elenyésző!

Lehetőség

Magyarországon közben magunk is érezzük, hogy felkészületlenek vagyunk a gyorsan változó klimatikus, politikai és gazdasági környezetben a minket érő negatív hatások kivédésére, sőt kiszolgáltatottságunk egyre növekszik (ld. földgázfüggőség) – miközben úgymond válságkezelés címén még a meglévő ellátó-rendszereink stabil működtetését is kockáztatjuk. Évtizedek óta képtelenek vagyunk rendszerszemlélettel közelíteni a kérdéshez, hiszen a rendszer egyes elemeit nem lehet politikai célok érdekében anélkül meggyengíteni, hogy az egész összedőléssel ne fenyegetne. Támogatási rendszereink így rendre nem azt a fejlődési tendenciát erősítik, aminek érdekében létrehozták őket.
Az IMNTP most megjelent K+F Stratégiája kiemeli, hogy nyersanyagban szegény hazánk a legfontosabb energiaforrásban ugyancsak bővelkedik, hiszen a Magyarország területére évente beérkező kimondhatatlanul nagy, 1,16 milliószor milliárd (1250×93.036×1.000.000)kWh Napból érkező sugárzási energia gyakorlatilag nincs hasznosítva energiagazdálkodásunkban. Ráadásul ez nem 10-100 éves nagyságrendben, hanem még jónéhány millió évig rendelkezésre áll, nem import energia, hanem legnagyobb energiakincsünk! Ez az elképzelhetetlenül nagy potenciális energiaforrás a teljes magyar villamosenergia-felhasználás 2900-szorosa! Ezzel, mint autonóm energiaforrással csupán a mezőgazdaság, a növénytermesztés és erdőgazdálkodás számol. Természetesen ez az alapja a biomassza-termelésnek is, ami a „megújuló energiaforrások” közt meghatározó helyen szerepel. Ezzel aztán jobbára el is intézzük a megújuló energia felhasználásának kérdését.

Napelem, tehát fotovillamos energiaátalakító rendszer csupán 420kW-nyi működik Magyarországon (410 MWh/ év), ami szégyenletesen kevés. Az alkalmazás mértéke az alapja az egész fotovillamos ipar fejlődésének. Láttuk ezt a németeknél, japánoknál és most látjuk a cseheknél bolgároknál szlovéneknél, akik a kapacitásaikat 15-20-szorosára növelték.
A gyakorlat ma azt mutatja, hogy az adott szerkezeti összetételben és engedélyeztetési eljárással kb. 21-30 milliárd Ft megújuló energia-visszatáplálás támogatás (feed-in tarifa) címen éves szinten „kimegy az országból”. Ezzel is romlik a fizetési mérlegünk, de formálisan eleget teszünk az EU vállalásainknak, csak éppen értelmetlenül és diszfunkcionálisan. A támogatások rendre a gáz- és vegyes-tüzelésű erőmű lobby érdekeinek megfelelően csak papíron szolgálja a megújuló energiafejlesztést.
Márpedig ha a fotovillamos területen nem fejlődik az alkalmazás, állítja az IMNTP, akkor nincs, ami a fejlesztést indokolja és húzza. Az alkalmazás növelésére, pedig politikai szándék kell. Na itt akár még az EU döntéseire is lehet érdemben hivatkozni! Ha megvan a politikai döntés, akkor egyszerű a séma csak át kell venni az előttünk járó országoktól a módszert. Törvényben kell rendezni a megújuló energia részarányának növelését és ebben hosszútávra garantálni a napenergiából nyert villamosenergiára kb. 0,5 Euro/kWh villamosenergia átvételi árat! Ebben az esetben (no és persze stabil, kiszámítható szabályzással) a megtakarítások hosszútávú befektetésre válthatók, a lakosság napelemes berendezéseket épít házára, nyaralóira, szabad földterületeire.

Olyan szabályozás is elképzelhető lenne, hogy egy előrelátó kormányzat az építési engedély feltételévé teszi a napelemek betervezését. Ez szigorítható azzal a feltétellel, hogy a hosszútávon a korszerű építészeti megoldások bevezetése ellenére várhatóan megnövekedő nyári, hűtési igényeket csak napenergia felhasználásból lehessen táplálni.

A napenergia hasznosítása Magyarországon Európai Uniós támogatással

A napelemek piaca az elmúlt néhány évben mintegy 30%-os állandó növekedést mutatott és a jelentkező gyártási kapacitáshiányon kívül jelenleg semmilyen jel nem utal arra, hogy ez a növekedés megtorpanna. Ma Magyarországon jellemzően azok ruháznak be a napelemes rendszerbe, akik függetlenedni akarnak vagy ahol nincs más lehetőség, így például a tanyák, nyaralóházak tulajdonosai. A félvezetős napelemek élettartama gyártótól és minőségtől függően minimum 25 év, ahol 20-25 év teljesítménygarancia van rá.

Egy példa: vegyünk alapul egy 2 kWp teljesítményű napelem rendszert (2kW-2,9kW-ig 4.800 Euró/kW). A rendszer nettó ára: 2.640.000 Ft, ahol az állami támogatás (30-35% pályázattól függően): 924.000,00 Ft, a beruházási költség: 1.716.000,00 Ft. A várható éves termelés: 3453 kWh. Az áram bruttó fogyasztói ára évi 1320 kWh-ig 37,316 Ft, az évi 1320 kWh-n felüli részre bruttó 38,756 Ft / kWh az EDF DÉMÁSZ tarifája szerint. A várható éves áramár növekedés pedig 7 %. Ez a beruházás 10 év alatt térül meg, majd utána a következő 15 évben még további 6,3 millió Ft-nyi villamosenergiát termel, tehát a beruházott összeg 2,41szeresét.
A légkörünk CO2-emisszió tehermentesítése egy 2kWp nagyságú rendszernél ez 0,914 tonna/év. Ez 25 éves üzem esetében 22,85 tonna.

Magyarországon a napsugárzási viszonyok kedvezőbbek, mint az európai átlag (a napsütéses órák száma 1800–2300 óra/év). Jelenleg azonban adottságainkat nem használjuk ki kellőképpen.

Az árak alakulása és a technológia felhasználása

Az alternatív energiák ára a következő két évtizedben akár a felére is csökkenhet, míg a hagyományos üzemanyag-hordozóké várhatóan nőni fog. A szélenergia például már ma is annyiba vagy kevesebbe kerül, mintha ugyanennyi energiát egy új szén- vagy gázalapú erőmű állít elő, a jövőben pedig várhatóan ez lesz a legkevésbé költséges forrás. A napenergia, bár jelenleg viszonylag drága, 2020-ra már versenyképes lehet.

Mivel itthon is a hálózati elektromos energia árának gyors növekedésével számolhatunk, a napelemes villamosenergia-termelés akár már rövid időn belül is versenyképes alternatíva lehet. Ennek azonban a jelenlegi nagyon magas beruházási ár mellett az energia drága tárolása is gátat szab.

A megújuló energiákra alapuló ellátásnak természetesen legalább olyan megbízhatónak kell lennie, mint a jelenlegi infrastruktúrának. A megbízhatóság mellett szól ezen technológiák decentralizált használata is, amely kiegyenlítettebbé teheti a szolgáltatást és csökkenti az ellátottak függőségi viszonyát a ma működő nagy központosított rendszerektől.

Kulcstényező az olyan hitelkonstrukciók kialakítása, amelyek könnyűvé tennék a napelemek megvásárlását. A banki kockázat minimális, hisz a törlesztésre fedezetet nyújtana a nappal termelt ingyenes áram. Ilyen rugalmas, összehangolt szabályzási hozzáállással elérhető, hogy 2020 után már ne épüljön ház napelemes áramellátó rendszer nélkül.
A befektetők is ugyanezt teszik, sőt a bankok is megindulnak erre a lukratív területre. Hiszen mára bizonyított, hogy az eddig feltételezett 20 éves élettartamon túl, 40 évig is szolgáltatnak elektromos áramot a napelem-installációk. Egyre javuló hatásfokkal ez stabil hosszútávú befektetésnek sem rossz perspektíva, hiszen a kezdeti befektetést követően gyakorlatilag nincs szükség további üzemeltetési ráfordításra. Következmény: a 2020-as EU kritériumok teljesülését elősegítve nemzeti autonomitásunk is nő a villamosenergia-ellátásban.

Nálunk olcsóbb az áram, mint az Unió többi tagállamában

Egy napelem teljesítménye a félvezetős technológia sajátos „öregedési” tulajdonságai miatt körülbelül 0,09 %-kal csökken évente, így 25 év alatt a termelőkapacitása 80 %-ra esik vissza. Amikor ilyen irányú beruházás mellett döntünk, a megtérülésszámítás a teljesítménycsökkenést is figyelembe kell, hogy vegye. A kivitelezés ára azonban függ attól, hogy a gyártó beleszámolja-e a teljes rendszer anyag-, telepítési-, és engedélyezési költségeit valamint az áramszolgáltatói oldalról felmerülő egyszeri költséget. Az áremelést indokolhatja, hogy az áram értéke még mindig jóval alacsonyabb az uniós átlagnál. A hazai magánfogyasztó az EU-s árak 59 százalékát, az ipari fogyasztó pedig az uniós átlag 77 százalékát fizeti. A kiemelendő pályázati lehetőségek közül a KEOP (Környezet és Energia Operatív Program), amelynek fejlesztései megalapozzák és elősegítik Magyarország gazdasági versenyképességét és társadalmi növekedésének elősegítését, amellett, hogy színesítik az energetikai forrásoldalt. A megújuló energiaforrás-felhasználás egyik fő prioritás tengelye a programnak. Célja, hogy csökkentse az importfüggőségünket és a környezettel kapcsolatos célokat elősegítse.
A megújuló energiát hasznosító beruházásokat az önkormányzatok és intézmények esetében a Környezetvédelem és Infrastruktúra Operatív Program (KIOP) támogatja.

Az európai régiók kezében a megújuló energiaforrások

A napelemek energiatermelése egy adott földrajzi pontban az ahhoz tartozó statisztika adatok alapján jól prognosztizálható. Ez azért előnyös, mert így könnyen tervezhető a napelemes rendszer az energiafelhasználáshoz illeszthetően. A hazai napelemes rendszerek megtervezésénél, amennyiben van a helyszínen vezetékes áramellátás, a fogyasztási adatokból lehet kiindulni. Akkora napelemes rendszert lehet kialakítani, ami szinkronban van a villanyszámlán megjelenő fogyasztási adatokkal. A napelemekhez illesztett hálózatra csatlakoztatható invertereknek szigorú szabályoknak kell megfelelniük. Az ilyen, un. intelligens inverterek érzékelik azt, ha az áramellátás megszűnik, így ekkor a napelemes betáplálás is megszűnik. Erre azért van szükség, mert az esetleges hálózat karbantartáskor nem lehet a vezetékekben áram, ami balesetet okozna.

Beruházási költség

Általánosságban elmondható, hogy a megújuló energiaforrásokból magas beruházási költség és alacsony üzemelési költség mellett lehet energiát termelni. De támogatások nélkül a beruházások nem valósíthatók és nem tarthatók fent.
Mai átlagárakkal számolva a napenergia fotoelektrikus nasznosítási technológia beruházási nettó költsége jelenleg kb. 4800-3000 €/kWp.

Az alkalmazás korlátai

• Ennek az alkalmazási technológiának az ismerethiánya a széleskörű lakosság és a potenciális felhasználók körében
• Az EU pénzeszközeinek nehéz elérhetősége hátráltatja a regionális energetikai politikák kidolgozását, illetve az erőforrások kiaknázását.
• A viszonylag magas egyszeri beruházási költség
• A megújuló energiaforrásokból háztartási és kis közösségi méretekben való kapcsolt termelésének elterjedését korlátozza, egyrészt az alkalmazott technológia beruházási költségének nagysága, másrészt a villamos hálózatra csatlakozás további járulékos költsége
• A megújuló energiaforrásokból előállított energia rendelkezésre állása többnyire korlátozott, a folyamatosság csak további beruházások révén, illetve hálózati kapcsolatokkal biztosítható.

Az alkalmazás előnyei

• A legtisztább és az egyik legígéretesebb megújuló energiaforrás a napenergia
• Csökken a környezetszennyezés (CO₂), ezért javul a lakosság egészségi állapota, így csökkennek az egészségügyi kiadások.
• Az ország energiahordozó-importja csökken, így javul a gazdasági helyzet
• Új munkahelyek teremthetők
• Az idegenforgalom növekszik a tisztább környezet következtében
• A napelemek nem tartalmaznak mozgó, forgó alkatrészeket, élettartamuk évtizedekben mérhető (25 év teljesítménygarancia)
• Megfelelő elhelyezés után öntisztulóak, gondozásmentesek
• A mostoha és szélsőséges időjárást jól tűrik. Példa erre a világűrben elhelyezett eszközöknél használt napelemes áramellátás
• Magyarországon évi 1900-2300 órás napsütést kihasználva indokolt a használatuk
• A szórt fényt (borús idő) is jól hasznosítják
• Tetőkön, falakon, mezőkön elhelyezhető
• Az energia törvény szabályozza 2003. óta a visszatáplálást, 2009. január 1-től ez 28.13 HUF/kWh (0,1€/kWh)
• Kiszámítható áramtermelés
• Jó ár- érték arány, megtérülés 6-15 év alatt
• Megoldható a villamos hálózattól távol eső területek gazdaságos energiaellátása
• Minimálisak a működtetési (szervizelés és a karbantartás) költségek
• Bár télen hazánkban kevesebb a napsütés, a napelemek hatásfoka télen kedvezőbb a hideg idő hatására
• Pályázati támogatások lehetségesek.

A hálózatra kapcsoltatás problémái

A nagy elosztó hálózatokhoz kapcsolódás háztartási nagyságrendek esetén is – főleg azok elterjedése mellett- felveti a helyettesítő és kisegítő kapacitások létesítésének kérdését. A szükséges tartalék kapacitások létesítése a nyitott energiapiacon nem egyszerűen megválaszolható probléma és komoly dilemmákat vet fel a rendszerirányító oldaláról is. Tapasztalatok szerint a néhány 10 kW-os hálózati kapcsolat kialakítása is jelentős többlet beruházási forrást igényel. A kisfeszültségű – jellemzően engedélyes tulajdonában lévő- hálózatok nem alkalmasak a fogyasztó ki- és betáplálására változtatás nélkül. Megoldásként új és önálló csatlakozó kábel létesítése kerülhet számításba a fogyasztó és a körzeti transzformátor állomás között., melynek költsége szintén a beruházást terheli, nem beszélve a transzformátor állomás kapcsoló berendezésének szükséges átalakításáról. A csatlakozás műszaki paraméterit kizárólag a hálózati engedélyes ismeri pontosan, aki belső utasítások és saját irányelvek szerint jár el a hálózatra csatlakozás engedélyezése során. A hálózati engedélyes ellenérdekeltségéhez nem fér kétség és nem is várható el, hogy a saját érdekei ellen lépjen fel. A hálózati csatlakozás műszaki megoldásának és engedélyeztetési mechanizmusának újra gondolása elengedhetetlen a kis léptékű kogeneráció elterjedéséhez. Állításomat az országban kialakult helyzet, így elsősorban a megvalósult projektek száma támasztja alá.

Megoldás

Az ez idáig megvalósult projektek azonban legfeljebb próbának és a technológiai problémák megoldási kísérleteinek tekinthetők, semmint a hagyományos eljárások konkrét alternatíváinak. Jelentősebb áttörés megítélésem szerint a megújuló energiaforrások hasznosítására a meglévő és újonnan épülő hálózatokban történő alkalmazástól várható. A villamos hálózatok szempontjából indifferens, hogy milyen forrásból lett az energia előállítva és bizonyos nagyságrendtől kezdődően ér szinte minden megújuló energiaforrásból gazdaságosan lehet villanyt termelni.

Napenergia fotocellás rendszerei

Az épületek, családi házak legmagasabb költségeit az energiaszámlák jelentik. Lassan azonban nemcsak a magas költségek, időnként az akadozó energiaellátás, hanem a környezetre gyakorolt negatív hatás is komoly gondokat okoz. Érdemes ma már odafigyelni, milyen alternatív energiaforrások állnak a rendelkezésünkre.
Ebből elektromos energiát napelemekkel lehet előállítani.

Az ilyen napelemes rendszerek vagy az elektromos hálózatba töltenek fel energiát, vagy akkumulátorban tárolják azt.

Az elektromos hálózatba visszatápláló rendszerfajták

• Tetőre/tetőbe szerelt rendszer valamint
  az épülethez illesztett (Building Integrated Photovoltaics, BIPV)
• Szolárpark – fix rendszer
• Szolárpark – traker rendszer (1- vagy 2-tengelyes napkövetés)

Szolárpark

A napelemek közvetlenül szolgáltatják az elektromos áramot, amelyet egy inverter alkalmazásával hálózati feszültséggé (240 VAC) alakít a rendszer. Az így előállított elektromos áramot a szolgáltató visszavásárolja. Ilyen esetben egy speciális mérőóra felszerelése szükséges, mely mindkét irányban képes mérni. Rögzíti az elfogyasztott és a termelt áramot is és a szolgáltató ez alapján a különbözetet számolja el, szaldó számítással. Az ilyen mérőórákat szokás “ad-vesz”, vagy “oda-vissza” mérőórának is nevezni.

Akkumulátoros rendszer

A napelemes áramellátó rendszerek szigetüzemű alkalmazása ott célszerű, ahol messze van a hálózat és kiépítése költséges lenne. Ilyenkor akkumulátorokat alkalmazhatunk az energia tárolására, majd szigetüzemű inverterrel tudjuk váltakozó árammá alakítani az energiát.
Ilyen rendszereknél figyelemmel kell lenni arra, hogy télen kevesebb a napenergia, így többnapi tartalék energiát célszerű tárolni. Ezt az akkumulátor bank megnövelésével is elérhetjük, így amikor nem süt a nap, a tartalék energiát tudjuk felhasználni.

Rendszertípusok

Minden napelem változat közös jellemzője, hogy a napfényt alakítja át villamos energiává. Az energiatermelés érdekében a napelemeket úgy helyezik el, hogy a lehető legnagyobb fény intenzitás érje azokat. Mivel ez a helyzeti állapot a statikusan elhelyezett napelemek esetében az az irány, amely a déli órákban a nap irányába néz, így értelemszerűen a Föld északi felén, így Magyarországon is a déli iránynak felel meg. A napelemek optimális elhelyezési szöge, szintén változhat a földrajzi elhelyezkedéstől függően. Hazánkban például a szigetüzemű napelemes rendszerek esetében hozzávetőleg 45°-os dőlésszög nevezhető ideálisnak. Így ebben az esetben a nyári és téli változó napmagasság középértékére tájoltuk a napelemeket. A hálózatra tápláló napelemes rendszerek esetén ettől érdemes lehet eltérni a vízszintes síkhoz képest kisebb szögű elhelyezéssel (35°), mivel ebben az esetben a nyári félév magasabb napmagasságánál várható a nagyobb energiatermelés, így ennek megfelelően a napsugárzás beesési szögéhez közelebbi állapotot érdemes teremteni. Mindezen elvek mellett az egyenlítőhöz közeledve a laposabb szög irányában, míg a pólus felé meredekebb szögű beállítás felé kell törekedni. A napelemeknek mindenképpen valamely szögű meredekség szükséges ahhoz, hogy a csapadék tisztító hatását kihasználhassuk. Ezért a teljesen vízszintes elhelyezés kerülendő. A teljesen függőleges helyzet sem éppen optimális, így egy ilyen elhelyezés legfeljebb az épület-integrált (BIPV) amorf szilícium napelemek épület oldalára való elhelyezése esetén lehet indokolt.
A napelem áramtermelésére hatással vannak még egyéb körülmények is. Ilyen hatás negatív értelemben az árnyék. Amennyiben egy napelemes rendszer bármely pontját árnyékhatás éri, az befolyással van az egész rendszer energiatermelésére. Bár a gyártók igyekeznek kiküszöbölni a negatív árnyékhatás következményeit, un. by-pass diódák napelembe való beépítésével, még így is fontos, hogy lehetőleg ne teremtsünk árnyékolt helyzetet. A napelembe szerelt by-pass dióda szerepe abban áll, hogy amennyiben egy ponton árnyékhatás éri a napelem modult, úgy a dióda elektromosan leszakaszolja azt a részt, amely árnyékolt állapotba került. Így ez a napelem rész kiesik ugyan az energiatermelésből, de a modul többi része még képes termelni. Az árnyékolt rész problematikája nem csak az, hogy nem termel, hanem ezzel együtt kvázi fogyasztóvá is válik, mint egy villamos ellenállás.

A napelem energiatermelésének százalékos eltéréseit csak méréssel lehet meghatározni vagy a pillanatnyi helyzetet a napelemes rendszerhez csatlakoztatott inverter vagy a töltésvezérlő kijelzőjéről olvashatjuk le. Kristálytiszta napsütéses állapotnak azt szokták nevezni, amely jellemzően a déli órákban zivatar utáni állapotnak felel meg. Az energiatermelést leginkább egy éves átlagban lehet kifejezni ahhoz a földrajzi ponthoz tartozó statisztikai adattal, amely az adott helyhez hivatalosan tartozik. A napelemek energiatermelésére a hőmérséklet is hatással van. Mivel a napelem a félvezető technológiára épül és erre jellemző, hogy a hűvösebb állapotban hatékonyabb, így a napelem is inkább a hideg időben nagyobb hatásfokú. Ettől függően a napsütéses órák száma a leginkább meghatározó energiatermelési tényező.

A napsugárzás országos eloszlása

Fontos leszögezni, hogy napsütés szempontjából Magyarország legkedvezőbb és legkedvezőtlenebb helye között a különbség mindössze kb. 8%. Ami azt jelenti, hogy hazánk területén belül napsütés szempontjából nincsenek lényeges, a napenergia-hasznosító rendszerek működését döntően befolyásoló különbségek. Kijelenthető tehát, hogy az egész ország területe alkalmas a napenergia-hasznosító rendszerek létesítésére.
Az ábra a napelemek optimális elhelyezését elősegítő diagramot mutat be:

Az átlagos szélsebesség eloszlása és növekedése Magyarországon

29 meteorológiai állomás 10 m magasságban átszámított adatsora alapján az alábbi szélerősségek vannak hazánkban:

2085-re várható a 12-14 m/s-ot meghaladó maximális szélsebesség relatív gyakoriságának a növekedése (1,5 – 2 szeres gyakoriság növekedés) az OMSZ után.
A NAD-ban megadott hazai referencia-szélsebesség értéke: vb = 20 m/s (cdir=0,85; cseason=1; vb,0=23,6 m/s).

Források:
AAM Consulting Zrt.
ETE Települési Energiagazdálkodási Szakosztály
IMNTP

Bővebb információk: a METALTECH ENGINEERING KFT.-től
 

A fenti cikk a Házépítők Lapjáról került át a 3D Lakberendezésre, a Házépítők Lapjával történő összevonás miatt.